Как Huawei удивил США передовым чипом, сделанным в Китае
Инсайдерская история о том, как флагманская технологическая компания Китая сохранила свое преимущество в войне полупроводниковых технологий, несмотря на санкции.
В конце 2020 года компания Huawei боролась за выживание как производитель мобильных телефонов.
За несколько месяцев до этого администрация Трампа поразила китайскую компанию тяжелыми санкциями, отключив ее от глобальных каналов поставок полупроводников.
Санкции запрещали кому-либо производить чипы, разработанные Huawei, и компании пришлось закупать новые чипы для выпуска более продвинутых телефонов.
В ответ Huawei решила сделать ставку на компанию Semiconductor Manufacturing International Corporation (SMIC), поддерживаемую государством и известную своими амбициями догнать ведущих мировых производителей чипов.
SMIC объявила, что нашла способ производства более передовых чипов с использованием устаревшего оборудования. SMIC требовалось больше времени на производство, чем предыдущему поставщику Huawei, Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC). Это также стоило дороже, и могло не сработать.
Но это был шанс.
Huawei попросила SMIC сделать новый мобильный чип под кодовым названием Charlotte.
Шансы двух компаний были невысоки. В декабре 2020 года SMIC присоединилась к Huawei в санкционном списке США. Это означало, что любой компании, желающей продать технологии SMIC, потребуется разрешение Вашингтона.
См. также:
Опыт Huawei: как китайские компании становятся глобальными корпорациями.
TSMC: Тайваньский производитель микропроцессоров втянут технологическую холодную войну
Чтобы выпустить микропроцессор Charlotte, SMIC требовалось освоить передовой техпроцесс, с которым она не была знакома, а также преодолеть новые ограничения на получение и управление сложным оборудованием. Один из руководителей компании, близкой к SMIC, сравнил это с «измерением слона в темноте».
Люди пробуют новый смартфон Mate 60 в флагманском магазине Huawei в Пекине.
Тем не менее, почти три года спустя, в августе 2023 года, новое устройство Huawei было без особого шума представлено публике: телефон серии Mate 60, работающий на микропроцессоре Charlotte, теперь известном как Kirin 9000S.
Несмотря на препятствия, Kirin 9000S предлагает производительность, сравнимую с чипами одно- или двухлетней давности от Qualcomm, согласно различным тестам.
Mate 60 смели с полок в Китае, и возвращение чипов Huawei после многих лет санкций было с энтузиазмом воспринято националистами и фанатами технологий.
США были в замешательстве от того, как Huawei преодолела санкции, чтобы выпустить новый чип. Джейк Салливан, консультант по национальной безопасности США, сказал, что Америке необходимо получить «больше информации» о Kirin 9000S.
«Возможно, самое удивительное в прорыве Huawei заключается в том, как много лидеров правительства США были этим удивлены», - написал Грегори Аллен, директор Центра ИИ и передовых технологий Wadhwani, в своем детальном отчете о новом телефоне Huawei.
Ни Huawei, ни SMIC не дали ни одного намека на то, как они достигли успеха. Но интервью с десятками инсайдеров и экспертов отрасли дает представление о том, как компании вкладывали значительные ресурсы в этот проект, при поддержке китайского государства, - и теперь они открыли дверь в производство передовых микропроцессоров с ИИ.
Государственное финансирование национальных компаний-чемпионов Китая.
То, смогут ли они сохранить этот импульс, определит, сможет ли Китай поддерживать свою полупроводниковую отрасль и достичь глобального технологического превосходства на фоне продолжающихся геополитических проблем.
Является ли Kirin 9000S доказательством того, что страна может по-прежнему конкурировать со своими соперниками, несмотря на санкции? Или компаниям просто удалось поймать молнию в бутылку?
Менее эффективное литографическое оборудование.
Одним из наиболее узнаваемых тестов в производстве чипов является 7 нанометров (7 нм). Несмотря на то, что это обозначает размер технологического процесса, это также является сокращением названия передовой технологии производства высокопроизводительных чипов, которые используются в смартфонах и центрах обработки данных.
Процессор A12, который устанавливают в Apple iPhone XS и Dojo D1 (система полуавтономного вождения Tesla), были созданы с использованием 7 нм процесса TSMC.
SMIC предложил две версии процесса 7 нм, N+1 и модернизированный N+2. По информации нескольких людей, знакомых с ситуацией, чип Kirin 9000S производится по технологии N+2.
Но в то время как TSMC и Samsung использовали вакуумное ультрафиолетовое (EUV) литографическое оборудование для создания этих чипов, SMIC использовала менее эффективное оборудование с глубоким ультрафиолетом (DUV), по словам экспертов и аналитиков отрасли.
«Сначала это было связано с бюджетными ограничениями», - говорит эксперт, знакомый с технологиями SMIC, - «EUV стоит очень дорого, а передовой процесс SMIC отстает от TSMC на поколения, что оставило SMIC без многих клиентов и выручки».
Литография, с помощью которой электрические схемы вырезаются на кремниевых пластинах, является фундаментальной основой производства микропроцессоров. Более продвинутые литографические машины предлагают более высокое разрешение, что означает более тонкие линии, большую детализацию, и позволяет уменьшить размер чипа.
Обе машины могут достигать 7-нм процесса, но технология EUV более эффективна и точна, что приводит к меньшим производственным потерям.
SMIC использовала DUV-машины, чтобы повторить этапы производства чипов, которые использовались компаниями, использующими EUV-машины, чтобы повысить плотность транзисторов на пластине. Но это оказало вредное влияние на коэффициент производительности выпуска (yield rate), который оценивает соотношение рабочих и дефектных чипов на каждой пластине.
Микросхема смартфона Huawei Mate X5 с микропроцессором Kirin 9000S, произведенным SMIC в Китае.
По словам голландского производителя литографических машин ASML, требуется 34 этапа литографии для достижения 7 нм на DUV-машине, по сравнению с 9 этапами на EUV машине. Дополнительные производственные этапы приводят к более высоким производственным затратам и снижению производительности выпуска.
С каждым дополнительным этапом будет больше бракованных чипов, а затраты на оборудование вырастут, говорит Брэди Ван, аналитик из компании Counterpoint. Это также увеличивает расход компонентов и материалов.
Но то, что началось как усовершенствование с целью экономии затрат, стало необходимостью после того, как EUV-оборудование, которое SMIC заказала в ASML в 2019 году, было заблокировано санкциями.
Усовершенствованная литографическая машина попадает под правила Wassenaar Arrangement - многостороннего соглашения о контроле экспорта, подписанное более чем 40 странами для ограничения продажи товаров, которые могут иметь двойное военное назначение.
SMIC смогла объединить существующие оборудование и оборудование, полученное до санкций Вашингтона, чтобы обеспечить работу 7 нм производственной линии, по словам двух источников, близких к поставщиками SMIC.
Но это по-прежнему оставляет SMIC без дополнительной технической поддержки, которую ASML обычно предоставляет покупателям очень сложных машин.
«Это трудные условия», - говорит один из руководителей компании, близкий к SMIC, - «По сути, никаких обновлений программного обеспечения и никаких инженеров по техническому обслуживанию».
По словам Аллена, чиновники США были удивлены, что SMIC смогла приобрести запасные части и технические услуги, необходимые для поддержания работы 7 нм производства, даже в условиях экспортного контроля, говорит Аллен.
Инсайдеры отрасли, близкие к SMIC, признают, что возможно, некоторое оборудование было получено в нарушение экспортного контроля. По данным Reuters, американский производитель полупроводникового оборудования Applied Materials (AMAT) уже стал объектом расследования в отношении нарушения экспортного контроля.
Applied Materials заявила, что она «сотрудничает с правительством и по-прежнему привержена соблюдению законов, включая экспортный контроль и торговые нормы». AMAT отказалась дать комментарии.
Любой ценой.
Производители чипов обычно сотрудничают с компаниями-проектировщиками чипов для тестирования оборудования и производственных процессов. Так, например, TSMC будет сотрудничать с Apple при выпуске ее чипов с использованием 3 нм производства.
Для модернизированных 7 нм производственных линий SMIC Huawei была хорошим тестовым образцом. Huawei принес SMIC выручку и сыграл решающую роль в модернизации производственной линии, согласно информации от инсайдеров.
«Инженеров Huawei можно увидеть повсюду на Шанхайском заводе SMIC», - говорит один из них.
SMIC также обратился за помощью за пределы страны. Американцам запрещено работать на китайских производителей современных чипов из-за экспортного контроля, но, по словам двух инженеров, SMIC также наняла экспертов из Тайваня, Японии, Южной Кореи и Германии, чтобы повысить производительность.
«Эти зарубежные эксперты привносят технические ноу-хау в передовые процессы, которые используются на других заводах», - говорит один из инженеров.
«7 нм процесс требует тысяч этапов для улучшения», - говорит второй инженер, - «Даже в утренние часы я должен был отвечать на вопросы по телефону на фабрике, потому что это могло касаться критических улучшений».
«Китайское правительство, по-видимому, решило, что оплата огромного счета за эти усилия стоит того».
Согласно источнику, знакомому с командой разработчиков чипа Huawei, когда SMIC получила заказ на Kirin 9000S, у компании не было команды, способной помочь инженерам-разработчикам чипов адаптировать свой дизайн к спецификации процесса. Huawei пришлось адаптироваться самостоятельно.
Коэффициент производительности выпуска для Kirin 9000S остается окутанным тайной, причем ни Huawei, ни SMIC не делают никаких публичных заявлений по этому вопросу. Один человек, близкий к производству Kirin 9000S на ранних стадиях, говорит, что этот чип достиг производительности выпуска 30% на этапе, предшествующему массовому производству.
Он описывает это как «хороший результат в жестких условиях», но отмечает, что это означает «по крайней мере двукратное увеличение затрат по сравнению с производственной линией с коэффициентом в 90%, что является идеальным эталоном для изготовления мобильных чипов».
Эксперты отрасли считают, что китайское государственное финансирование компенсирует чрезмерные затраты на производство чипов. Согласно годовому отчету компании, Huawei получила 6,55 млрд. юаней ($948 млн.) от китайского правительства в 2022 году, что более чем вдвое превышает сумму за предыдущий год.
За последние три года SMIC получила 6,88 млрд. юаней государственных субсидий, а также дополнительную поддержку инвестиционного фонда China Integrated Circuit Industry Investment Fund.
«Китайское правительство, по-видимому, решило, что оплата огромного счета за эти усилия стоит того», - говорит Дуглас Фуллер, эксперт по полупроводниковой отрасли Китая.
Следующая остановка, искусственный интеллект.
Kirin 9000S вызвал ажиотаж в Китае, что позволило Huawei вернуть утерянную долю рынка. Отраслевые эксперты прогнозируют, что это увеличит производство смартфонов, работающих на чипах Kirin.
Джефф Пу, аналитик из Haitong International Securities, оценил, что до 70 млн. смартфонов на базе процессора Kirin могут быть изготовлены к концу 2024 года.
Тем не менее, SMIC и Huawei увеличили свои амбиции, разработав план по наращиванию производства чипов для систем искусственного интеллекта (AI) в ответ на ужесточение ограничений, налагаемых Вашингтоном на продажу передовых чипов Китаю.
Гиганты китайского интернета, такие как Tencent и Alibaba, признали трудности, с которыми они сталкиваются при закупках высокопроизводительных микропроцессоров, что заставило их рассмотреть местные альтернативы.
Отраслевые аналитики рекламировали линейку Ascend AI-чипов Huawei как потенциальную замену графическим процессорам NVIDIA, даже если их производительность отстает от американских аналогов.
До введения санкций в мае 2020 года, Huawei продавала AI-чипы Ascend, произведенные TSMC. Теперь несколько источников, близких к компании, говорят, что она возродила линейки продуктов, в которых используются недавно разработанные чипы для центров обработки данных, произведенные SMIC.
Три источника, близкие к Huawei, говорят, что интернет-гиганты Tencent, Baidu и Meituan приобрели процессоры Huawei Ascend 910b для пробного использования. Два человека, близких к SMIC, говорят, что фабрика Huawei уже работает над расширением 7 нм производственных мощностей для выпуска предзаказанных процессоров Huawei и разработки более продвинутого 5 нм процесса.
Целевые объемы производства Ascend 910b на следующий год увеличились по сравнению с 2023 годом, при этом будет произведено более 200,000 чипов, по информации от анонимных источников.
Тем не менее, Huawei и SMIC должны преодолеть некоторые существенные проблемы в производстве чипов для центров обработки данных, прежде чем они смогут начать захватывать долю рынка у NVIDIA.
Процессоры для искусственного интеллекта имеют больший размер, чем мобильные процессоры для смартфонов, и поэтому они чаще получаются дефектными из-за ошибок производства.
Согласно анонимному источнику, знакомому с производственной стороной, текущий коэффициент производительности выпуска чипов Huawei Ascend 910B составляет чуть более 20%, что означает, что почти четыре из пяти произведенных чипов дефектны.
Ожидается, что расширение производства SMIC может столкнуться с большими трудностями, чем три года назад, когда были введены санкционные ограничения США, Японией и Нидерландами. Самые современные DUV-машины ASML, которые SMIC использовала как для передовых, так и для более старых чипов, были включены в списки экспортного контроля голландских и американских компаний.
ASML заявила, что «соответствует всем нормам и правилам экспортного контроля» и что ее клиенты знают, что в 2024 году «мы вряд ли получим экспортные лицензии на эти системы для поставок внутренним китайским потребителям».
Но поставщики SMIC говорят, что компания получила новую партию передовых DUV-машин от ASML до того, как США ужесточили экспортный контроль. Это означает, что наращивание производства и разработки технологий все еще возможно в течение следующих двух-трех лет.
«Большая часть оборудования здесь - это все еще американские и японские продукты, которые SMIC закупила в 2020 году», - говорит один из анонимных источников.
Тем не менее, некоторые отраслевые эксперты и аналитики считают, что SMIC может оказаться без необходимого обслуживания оборудования и материалов, прежде чем сможет наладить производство передовых чипов.
«Некоторые детали для оборудования закончатся через два-три года, если не будет замены от доморощенных компаний и минимальных закупок на черном рынке», - говорит Лесли Ву, независимый консультант по полупроводниковой отрасли Китая.
«Нет надлежащего ответа на ограничение поставок компонентов», - говорит он, - «Это может быть огромной проблемой... если запасные детали закончатся до появления внутренней альтернативы».
Huawei и SMIC не ответили на запросы о комментариях.
Национальные чемпионы.
И Huawei, и SMIC могут быть уверенными, по крайней мере, в государственной поддержке, поскольку страна пытается не отставать от лидеров отрасли. Правительственный чиновник из полупроводниковой отрасли говорит, что нынешняя цель состоит в том, чтобы запустить производственные линии для выпуска передовых чипов «любой ценой».
«Стабильный канал поставок микропроцессоров является основой высокопроизводительных вычислительных систем... решающее значение для высокопроизводительной вычислительной отрасли Китая имеет сохранение импульса развития, особенно в условиях постоянной торговой напряженности и ограничений, налагаемых правительством США», - говорит чиновник.
Начиная с создания целевого инвестиционного фонда China Integrated Circuit Industry Investment Fund в 2014 году, Пекин подпитывал свою отрасль микропроцессоров государственным финансированием. За последнее десятилетие этот инвестиционный фонд накопил колоссальную сумму в $47 млрд. и, по прогнозам, он привлечет дополнительные $41 млрд., что еще больше поддержит стремление Китая к технологической самообеспеченности.
Доклад исследовательской фирмы JW Insights, в котором проанализированы государственные инвестиции 25 провинций и регионов, показал, что в 2021 и 2022 годах правительство вложило $290.8 млрд. в секторы, связанные с полупроводниками. Одна треть этой суммы вкладывается в полупроводниковое оборудование и материалы.
Обоснование этих огромных инвестиций простое: освободиться от тяжелой зависимости от импорта, получить более сильную опору в глобальном канале поставок и воспрепятствовать способности США ограничивать существенную часть промышленной и оборонной экономики Китая.
«Если вы импортируете большую часть своих чипов, вы не являетесь производственной сверхдержавой», - говорит Крис Миллер, автор книги Chip War, - «Вы просто занимаетесь сборкой дорогостоящих компонентов, произведенных в другом месте».
Министерство государственной безопасности Китая, по-видимому, согласно с этим, написав в своем аккаунте WeChat: «Только благодаря ключевым технологиям в наших руках мы можем по-настоящему удерживать инициативу в области конкуренции и развития, а также обеспечить национальную безопасность в экономике, обороне и многих других областях».
Это стремление избежать зависимости от иностранных технологий лежит на плечах Huawei и SMIC. Успешный запуск Kirin 9000S (Charlotte) дал новый толчок полупроводниковой отрасли, и руководители компаний сообщают, что стартапы этой отрасли переживают всплеск финансирования.
Но долгосрочные амбиции Huawei не ограничиваются рынками Китая. Оригинальное название Kirin 9000S - Charlotte, является символом этих надежд. Процессор назван в честь одноименного города в Северной Каролине. По словам инсайдеров, другим мобильным процессорам, находящимся в разработке, также дают внутренние названия городов США.
По словам одного из сотрудников Huawei, использование американских названий отражает «наше желание когда-нибудь восстановить свое место в глобальном канале поставок».
